Un equipo de científicos de la Universidad de California, Riverside y el Instituto Internacional de Investigación del Arroz IRRI, Filipinas, recientemente publicó un estudio que revela el secreto de cómo las semillas de arroz podrían sobrevivir cuando se cultivan bajo el agua.
El estudio, publicado en la revista científica líder Plantas naturales , identificó un gen que controla la disponibilidad de azúcar para un brote de semillas en crecimiento, especialmente en condiciones de inundación.
"La semilla de arroz es inusual entre los cultivos porque puede germinar y convertirse en una planta joven que puede capturar energía luminosa incluso cuando todo el proceso ocurre bajo el agua", dijo Julia Bailey-Serres, una de las autoras del artículo y profesora degenética en UC Riverside ". El gen identificado, el gen AG1, ayuda en este proceso al permitir que las reservas de energía que se encuentran en la semilla se muevan de manera eficiente al brote en crecimiento. La semilla plantada bajo el agua se convierte en una plántula que puede escaparinundación poco profunda "
Este proceso regulado por este nuevo gen es opuesto al regulado por el gen SUB1A que se descubrió previamente para permitir que las plantas de arroz sobrevivan a la inmersión completa debido a una inundación estacional. Bailey-Serres, que ha trabajado extensamente en el mecanismo de tolerancia a la inmersión, comentó: "Las plantas con SUB1A esencialmente hibernan cuando están bajo el agua; una situación en la que las reservas de energía están protegidas".
Un hallazgo sorprendente
AG1 crea un mecanismo de escape 'todo o nada' que engaña a la semilla para que piense que se debe dar más azúcar a su brote, la parte de la planta que crece en tallos y hojas, para que la semilla bajo el agua pueda crecer más rápidamentecrecer y alcanzar la superficie del agua. El mecanismo puede trabajar hasta una profundidad de agua de 10 cm y puede 'activarse' tan pronto como la semilla se siembra bajo el agua.
"El gen que permite que la semilla escape de una inundación, el gen AG1, es uno de una familia de 13 genes en el arroz", explicó Bailey-Serres, director del Centro de Biología Celular Vegetal de UC Riverside. "Otros miembros deRecientemente, un equipo de investigadores universitarios y un grupo de biotecnología vegetal de Syngenta han demostrado que esta familia ayuda a la planta a trasladar el azúcar de las hojas a las semillas jóvenes en desarrollo en flores fertilizadas. Cuándo y dónde mover y usar azúcares es importante.piensa que el gen importante le dice a la célula que no tiene suficiente azúcar, manteniendo el grifo abierto para que más se mueva de la semilla al brote en crecimiento ".
Sobrevivir bajo el agua
La supervivencia del arroz bajo las inundaciones también es importante cuando se trata de la siembra directa, donde las semillas no tienen que germinarse previamente y luego trasplantarse. Con la siembra directa, las semillas se pueden sembrar o transmitir directamente en el campo, en lugar de trasplantarlas minuciosamenteel campo. Esto es muy deseado por los productores de arroz.
Además, uno de los principales factores limitantes para la siembra directa son las malezas porque pueden germinar bien bajo el aire, aunque no bajo el agua sin aire, por lo que si el arroz puede germinar bien bajo el agua mientras que ninguna de las malezas lo hace, entonces el arroz podrápara superar a las malas hierbas.
Misterio del gen faltante
"Una cosa que he notado es que el Indica las variedades, que son las que se cultivan principalmente en las partes tropicales de Asia, carecen mucho del rasgo o la capacidad de crecer en condiciones de inundación ", dijo Tobias Kretzschmar, primer autor del artículo de investigación del IRRI." Pero en Japonica , cultivado en las regiones más templadas de Asia, Australia o Estados Unidos, el rasgo está presente. Es por eso que estas variedades tienen menos problemas con la siembra directa ".
Explicó que el rasgo faltante es un problema, especialmente con los modernos Indica variedades como las tradicionales lo tienen, mientras que las modernas no.
Buscando una respuesta
"Observamos entre un tercio y la mitad de las variedades liberadas por IRRI, pero falta el gen", dijo Kretzschmar. "Al principio, pensamos que tal vez fue criado activamente, lo que significa que tiene algún efecto negativo, por lo queLos criadores de IRRI seleccionados en su contra "
El investigador del IRRI, Endang Septiningsih, quien inició y dirigió el proyecto, buscó una penalización de rendimiento o un efecto negativo en el rendimiento por AG1 pero no encontró ninguno.
"Realmente creemos que se perdió", dijo Kretzschmar. "Y sabíamos dónde se perdió. El gen se perdió en el momento en que se crió IR8, la famosa variedad milagrosa de arroz, porque uno de los padres tenía el gen,mientras que el otro no "
unir piezas
"Supongo que nunca fue necesario como un rasgo porque casi cada vez que se trasplantaron las variedades, no había presión para ello", explicó Kretzschmar. "Si hubieran sembrado directamente, probablemente habrían retenido ese gen de la mismaPero ahora que la siembra directa se está volviendo popular, nos hemos dado cuenta de que necesitamos ese gen en el programa de mejoramiento, así que básicamente a través del enfoque de retrocruzamiento asistido por marcadores, como se hizo con la introgresión del gen SUB1A, que reduce significativamente la reproducción.período, puede reintroducir el gen y luego arreglarlo dentro de uno y medio a dos años y medio ".
El camino a seguir
Sin embargo, con el desarrollo del 'secreto AG1', el trabajo del equipo de investigación está lejos de terminar.
"AG1 funciona bien en condiciones de estrés moderado. Cuando lo combinamos con el gen SUB1A en los mismos antecedentes genéticos funcionó bien, aunque tienen mecanismos opuestos. Sin embargo, en condiciones severas de estrés, AG1 solo no es suficiente - cuantitativo adicionalse necesitarán loci de rasgos QTL o genes que complementan el mecanismo AG1. El IRRI y las universidades asociadas están trabajando duro en esa dirección ", dijo Septiningsih, quien recientemente se unió al Departamento de Ciencias del Suelo y Cultivos de la Universidad Texas A&M.
Otra pregunta importante que están abordando es si las semillas que se pueden sembrar directamente bajo el agua, que requieren la estrategia de escape, también pueden transportar el gen SUB1A para la tolerancia a la inmersión. Esta es una pregunta que Bailey-Serres ha estado investigando con Septiningsih y Bangladeshestudiante Rejbana Alam, quien contribuyó a la caracterización del papel de AG1 durante la germinación de semillas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Iqbal Pittalwala. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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